Calcule, em condições ambientes, quantos litros de CO são obtidos por mol de Fe produzido. (Dado: volume molar nas condições ambientes =24 \mathrm{~L} / \mathrm{mol} ).
Passo 1
O enunciado dá a reação (não balanceada) e pede quantos litros de monóxido de carbono são obtidos por mol de ferro produzido, nas condições ambientes. Dados fornecidos:
\text{Reação não balanceada: }\mathrm{Fe}_{2}\mathrm{O}_{3}+\mathrm{C}\rightarrow \mathrm{Fe}+\mathrm{CO}
\text{Volume molar nas condições ambientes: }\overline{V}_m = 24\\ \mathrm{L/mol}
O que se pede explicitamente: calcular o volume de \mathrm{CO} (em \mathrm{L}) obtido quando se forma exatamente 1 mol de \mathrm{Fe}.
Passo 2
Balancear a equação química — passo a passo (conservação de átomos):
Átomos de ferro: à esquerda há 2 átomos em \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3, então precisamos de 2 átomos de ferro à direita; colocamos coeficiente 2 em \mathrm{Fe}.
Oxigênio: à esquerda há 3 átomos em \mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3. Cada molécula de \mathrm{CO} tem 1 átomo de oxigênio, então precisamos de 3 moléculas de \mathrm{CO} à direita; colocamos coeficiente 3 em \mathrm{CO}.
Carbono: para formar 3\mathrm{CO} precisamos de 3 átomos de carbono à esquerda; colocamos coeficiente 3 em \mathrm{C}.
Interpretar a estequiometria para obter a razão molar entre \mathrm{CO} e \mathrm{Fe}:
Da equação balanceada vemos que 2 mol de \mathrm{Fe} são produzidos junto com 3 mol de \mathrm{CO}. Logo, a quantidade de \mathrm{CO} por mol de \mathrm{Fe} é
\frac{3\\ \text{mol CO}}{2\\ \text{mol Fe}}=\frac{3}{2}\\ \text{mol CO por mol Fe}.
Passo 4
Converter moles de \mathrm{CO} para volume usando o volume molar. Aula rápida: para um gás ideal nas mesmas condições, o volume é proporcional ao número de mols (Lei de Avogadro). A relação é
V = n\cdot \overline{V}_m,
onde V é o volume em \mathrm{L}, n é o número de mols e \overline{V}_m é o volume molar (aqui 24\\ \mathrm{L/mol}). Aplicando para n=\dfrac{3}{2}\\ \text{mol CO por mol Fe}:
Calcule mentalmente: 3\cdot 24=72 e 72/2=36. Portanto
V_{\mathrm{CO}}=36\\ \mathrm{L}
por cada 1 mol de \mathrm{Fe} formado.
Passo 5
Interpretação final e dica de prova: quando o enunciado pedir "por mol de \mathrm{Fe}", sempre use a razão estequiométrica (mol CO por mol Fe) e depois multiplique pelo volume molar dado. Fazer a multiplicação \dfrac{3}{2}\times 24 sem calculadora dá 36\\ \mathrm{L}, que é um número bem simples de obter com multiplicação e divisão inteira.